Elektromanyetik dalga kalkanlama özelliğine sahip polimer kompozitlerin geliştirilmesi ve yapı-performans ilişkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında elektromanyetik dalga kalkanlama ve RADAR sistemlerinden gizlenme uygulamalarına yönelik yüksek performansa ve özgün bir içeriğe sahip polimer kompozitlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Tez kapsamındaki deneysel çalışmalarda, kompozit yapıyı oluşturan taşıyıcı polimer bileşen olarak termoplastik poliüretan (TPU), dolgu bileşeni olarak ise; (i) farklı fiziksel özelliklere sahip karbon malzemeler, (ii) manyetik özellikli inorganik bileşikler ve (iii) özel olarak tasarlanan karbon-inorganik yapılı hibrit malzemeler kullanılmıştır. Eriyik harmanlama ve çözeltide karıştırma gibi farklı proses yöntemleri ile hazırlanan tek katmanlı kompozitlerin mikro-yapısal ve mekanik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve dinamik-mekanik analiz (DMA) cihazında gerçekleştirilen test/analiz çalışmaları ile belirlenmiştir. Örneklerin doğrusal akım altında elektriksel iletkenlik değerlerinin de incelendiği çalışmada kompozitlerin elektromanyetik özelliklerine ilişkin parametreler (', `, ', `, S11, S12 vs.) koaksiyel hat yöntemine göre vektör network analiz cihazında (VNA) ölçülmüş ve 2-14 GHz arasındaki elektromanyetik kalkanlama etkinlikleri (Shielding Effectiveness, SET) ve yansıma kaybı (Reflection Loss, RL) değerleri hesaplanmıştır. Yüksek etkinlikte soğurma sağlayan kompozitlerin geliştirilmesi amacıyla, tek katmanlı kompozitlerle elde edilen değerler kullanılarak genetik algoritma optimizasyon yöntemiyle hedef performans kriterlerini sağlayabilen çok katmanlı kompozitler tasarlanmış ve `yapı-performans optimizasyonu` gerçekleştirilmiştir. Daha sonra ise hedef kriterleri sağlayabilen kompozitler, `üretim kolaylığı`, `maliyet` ve `uygulanabilirlik` gibi parametreler açısından da sorgulanarak, seri üretim için en uygun formülasyon, tasarım ve proses yöntemi belirlenmiştir.

In this thesis, it was aimed to develop high performance polymer composites consisting of unique compositions for applications of shielding to electromagnetic waves and RADAR stealth technology.Thermoplastic polyurethane (TPU) as polymer matrix and (i) carbon materials having various physical properties, (ii) magnetic inorganic compounds, and (iii) carbon-inorganic hybrid materials as fillers were used in experimental works. Microstructural and mechanical properties of single layer composites prepared with different processing methods such as melt blending and solution mixing were investigated by tests and analysis studies performed in scanning electron microscope (SEM) and dynamic-mechanic analyzer (DMA) instruments, respectively. Electrical conductivity values of samples were also investigated under direct current and the parameters of electromagnetic properties (ɛ', ɛ`, µ', µ`, S11, S12 etc.) of samples were measured via co-axial line method in a vector network analyzer (VNA) and shielding effectiveness (SET) and reflection loss (RL) values of samples were determined in a range of 2-14 GHz. Multi-layer composites that provide performance goals were designed by using the database obtained from the measurements of single-layer composites via genetic algorithm optimization method and structure-property optimization was carried out for developing composites exhibiting high performance absorption. Then, such composites were evaluated by regarding `processing versatility`, `cost`, and `applicability` parameters and the best formulation, design, and processing method were specified for mass-production.